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13.2 Calclaon ngine
This appendix contains discussion of the theory and methods used to generate calculations and renderings.
Basic Calculation Procedure
Geometric and Photometric Analysis
Form Factors
Initial Flux
Final Illuminance
Processing Calculation Zones
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13.2.1 ntrocon
Scoe o calclaons
The calculation engine used in Visual photometrically models the interaction of luminaires, sun, and sky in a user-specified environment that may consist of surfaces that absorb and reflect light
which have arbitrary orientations and planar shapes. The detail and accuracy of the photometric model is sufficient to predict direct and interreflected illuminances at any array of points.
eo!etric int
Surfaces that block, reflect, and/or transmit light can be planar polygons.
"hoto!etric int
For electric lighting calculations, light sources are luminaires that have a specified luminous extent and an arbitrary luminous intensity distribution.
S #les$ l!et #le$ %1& #les
Luminaire data is assumed to be contained entirely within any of the three most commonly used data files for the transfer of photometric information. At a minimum, these files give the
luminous extent, specify which of the standard coordinate systems is used to describe the luminous intensity distribution, list the angles of that coordinate system that are used, and
list the luminous intensity values of the luminaire at those angles.
The Visual calculation engine assumes that photometric data files are in that form defined by IES/ANSI standard LM-63-02. The user interface to Visual converts any of the user-
supplied photometric files to an equivalent LM-63-02 file and submits them to the Visual calculation engine.
Surfaces ("solids") specified by the user are single planar entities with a surface normal (perpendicular) derived from the order in which the user specifies the vertices of the polygon defining
the shape and orientation of the surface. Single user surfaces are treated in the calculation engine as two surfaces, back-to-back, separated by an internally-determined incremental
distance. They are assumed to have identical photometric properties.
Reflectance is assumed to be perfectly diffuse and can have values between 0.0 and 0. 999.  Reflectance is specified in the Visual user interface in percentage form and any value
specified as 100% is reduced to 0.999. Perfect diffusion permits the assumption that the amount and distribution of reflected light is independent of incidence direction.
Specular or so-called mixed reflectance cannot be modeled in Visual at this time.
Transmittance is assumed to be either perfectly diffuse or perfectly image preserving. Transmittance can have values between 0.0 and 1.0. Transmittance is specified in the Visual
user interface in percentage form.
Perfectly diffuse transmittance permits the assumption that the amount and distribution of transmitted light is independent of incidence direction and that transmitted light has a diffuse
Perfectly image preserving transmittance preserves the direction of travel of the light, but reduces that amount. The value specified by the user is assumed to be that value of
transmittance perpendicular to the surface. If the user-specified value of transmittance is less than 1.0 (100%), then it is assumed that glass is being used, and that the transmittance
value depends on incident angle. In this case, the calculation engine automatically determines and uses the appropriate value of transmittance for the incidence angles involved.
If the user-specified values of reflectance (
) and transmittance (
) do not sum to 1.0, then the absorbtance of the surface is assumed to be 1-
, and is the fraction of light lost by
absorption in the surface.
Sectral re(ectance an trans!i)ance
The Visual calculation engine makes "the gray assumption"; that is, all reflectances, transmittances, and flux from light sources are assumed to be spectrally flat. That is, the
photometric property is uniform throughout (and therefore independent of) visible wavelengths.
Although spectral uniformity is assumed, the values of reflectance and transmittance are not entirely uncoupled from a surface color specified by the user. The Visual user interface
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Although spectral uniformity is assumed, the values of reflectance and transmittance are not entirely uncoupled from a surface color specified by the user. The Visual user interface
estimates a wide-band reflectance from the RGB values that define a user-specified color. If the user chooses to keep the color and the reflectance linked, notice is given if the
specified color and reflectance are incompatible. For example, it is not possible for "brown" to have a high, wide-band reflectance.
Some surface colorizing effects can be generated in the renderings. See the section of Rendering
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Wireframe view showing luminaire template
Wireframe view showing luminous volume
Rendered view showing luminous volume
Rendered view showing luminaire model
13.2.2 ,asic Calclaon "rocere
!inaires as light sorces
All photometric information about a luminaire is assumed to be contained in an IES/ANSI LM-63-02 formatted file. The luminous extent is specified with three local luminous dimensions: x, y, z. As
defined in the standard, various combinations of zero, positive, and negative values are used to indicate various luminous forms. Regardless of the form indicated in the photometric data file, ALL
luminaires are assumed to be luminous parallelepiped (rectangular boxes). The dimensions of the approximating luminous box are determined to best fit the values and shape provided in the
photometric data file. These boxes are considered at luminous volumes in the Visual calculation engine.
!inos -ol!es
The luminous intensity distribution specified in the file is used to determine which of the six faces of the luminous volume are photometrically active. The "Luminous Volume" button in the
"Luminairetab of the Visual user interface toggles these faces on and off. Faces colored yellow are those the calculation engine has made photometrically active, those in blue are inactive.
The total luminous radiant power of the luminaire (luminous flux) is distributed among the active surfaces, with the total being equal to that of the entire luminaire. Individual faces have
individual distributions appropriate for their orientation and size. The sum of these distributions equals that of the entire luminaire.
Examples are the following.  A lensed troffer has only the local bottom surface photometrically active. A surface-mounted wraparound with have three faces active: the bottom and the two
long sides. A sharp-cutoff highbay will have 5 surfaces photometrically active: the bottom and four sides.  
!inaire hoto!etric inor!aon an its e.tension
No form of commonly used photometric data file contains information about luminaire appearance or luminaire surface/opening luminance distribution. Therefore, the Visual calculation
engine assumes that the luminous power of any active face of a luminous volume is homogeneous; that is, on any luminous face, the per unit luminous radiant power and distribution are
everywhere the same. However, these values can and do differ from active face to active face.
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*cconng or l!inaire l!inos areas /contor integraon0
Advanced techniques are used to calculate either the illuminance at point or the incident flux on a surface produced by any one face of a luminaire luminous volume. These rely on the
assumed homogeneity of each active surface, account for the area of the active face, and eliminate the need to discretize the face into assumed point sources. Additionally, they are
computationally faster than the point discretization technique.
ll!inance at a oint
The Visual calculation engine uses a procedure to calculate the illuminance at a point from a face of a luminaire luminous volume that was first discovered in 1994. A numerical contour
integration is performed around the edges of the face. Details can be found in the technical paper:  "Non-Diffuse Radiative Transfer 1: Area Sources and Point Receivers,"  D.L.
DiLaura and J. Quinlan, Journal of the Illuminating Engineering Society, Summer 1995, Vol. 24, No. 2, pp. 102-113.
1l. onto a srace
The Visual calculation engine uses a procedure to calculate the flux onto another surface from a face of a luminaire luminous volume that was first discovered in 1996. A numerical
double contour integration is performed around the edges of the face and the receiving surface. Details can be found in the technical paper:  "Non-Diffuse Radiative Transfer 4:
General Procedure for Planar Area Sources and Area Receivers," D.L. DiLaura and S.R. Santoro, Journal of the Illuminating Engineering Society, Winter 1997, Vol. 26, No. 1, pp. 188-
ll!inance at a oint
The illuminance calculated at any user-specified point in a calculation zone can be of several types: Directional, TV, Maximum Spill, LEEDS Trespass, Spherical, and Constrained Maximum.
These can be obtained from two types of basic illuminance calculations: with and without one or more illuminance normals. In the former, incident flux is weighted with the cosine of the angle
between the incidence direction and illuminance normals. In the latter, the incident flux is not weighted. Spherical Illuminance, for example, uses no illuminance normal, Directional Illuminance uses
one illuminance normal at each point oriented in a fixed user-specified direction, TV Illuminance uses an illuminance normal that changes orientation from point to point, and Maximum Sill use 6
illuminance normals, one in each of the cardinal directions.
Illuminance is determined in a two-step process. An illuminance is calculated using an appropriate method and assuming the light source has an unobstructed view of the illuminated point. Then, if
potential occluding objects are detected (surfaces, other luminaires) an occlusion factor is calculated, ranging from 0.0 to 1.0, from full occlusion to no occlusion, and is used as a multiplier for the
illuminancereducing it if appropriate.
The occlusion factor is determined by ray-casting. An angularly uniform spray of rays is established between the illuminated point and the surface of the source. The angular separation is ½
degree. The number of rays intercepted by luminaires or surfaces is determined. If a ray is intercepted by an opaque or diffusely transmissive surface, the surviving ray count is reduced by one. If
the only surface(s) involved have an image-preserving transmittance, the ray count is reduced by the transmittance. The occlusion factor is the ratio of the remaining ray count to the total number
of rays.
Direct ill!inance at a oint
Direct illuminance is that produced by a luminaire and is calculated using the numerical contour integration method described above, assuming the light source has an unobstructed view of
the illuminated point. If possible occluding surfaces are present, an occlusion factor is determined.
nterre(ecte ill!inance at a oint
Interreflected illuminance is produced by: 1) the light reflecting from surfaces that are illuminated by sources or other reflecting surfaces and, 2) light transmitted through a diffusely
transmissive surface illuminated from the opposite side. In both cases, the source is assumed to be perfectly diffuse (either because it is diffusely reflective or diffusely transmissive) and
has a uniform exitance.
The illuminance at a point with an illuminance normal is calculated from the equation:
Where E
is the illuminance at the point due to the i
diffusely luminous surface, M
is the uniform surface exitance, C
is the unoccluded geometric configuration factor from the point to the
luminous surface, and 
is the occlusion factor. The total interreflected illuminance at the point is the summation of that produced by all the diffuse surfaces:
The configuration factors are purely geometric quantities and the standard equation is used for a point and a planar polygon. Details can be found in the IES Lighting Handbook, Chapter 10.
The illuminance at a point with no illuminance normal is calculated from the equation:
VB.NET PDF: VB.NET Guide to Process PDF Document in .NET Project
It can be used to add or delete PDF document page(s), sort the order of PDF pages, add image to PDF document page and extract page(s) from PDF document in VB
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.NET Multipage TIFF SDK| Process Multipage TIFF Files
SDK, developers are easily to access, extract, swap, reorder, insert, mark up and delete pages in any multi upload to SharePoint and save to PDF documents.
how to move pages around in pdf; how to move pages around in pdf file
In this case, 
is the solid angle subtended at the point by the luminous surface. The total illuminance is the summation over all the diffuse surfaces.
Discrete 'aia-e %ranser /'aiosit20
Interreflected illuminance calculations require the exitance of diffusely reflecting and transmitting surfaces. The exitance of these surfaces originates from light incident directly from sources
(referred to as initial light or initial flux) which is increased by the interreflection of light between surfaces. This is known as Radiative Transfer Analysis and is also referred to as Radiosity.
The procedure is described, in outline in the IES Lighting Handbook, Chapter 10.
The computational procedure has two essential characteristics: otherwise continuous surfaces are broken up or discretized into small subsurfaces, and each subsurface is characterized
by a single exitance produced by initial and interreflected light. How accurately the collection of uniform, individual exitances represent the actual exitance distribution across a large surface
depends on the shape of the surface and its illumination conditions. The Visual calculation engine discretizes user-specified surfaces using several criteria and produces subsurfaces of
sufficient number to balance necessary accuracy with computational time. This discretization process and the other aspects of the radiative transfer analysis used in the Visual calculation
engine are described in the following sections.
13.2.3  eo!etric an "hoto!etric *nal2sis
The first stage of user-specified surface discretization is purely geometric and involves two criteria: shape and proximity.
Discre3aon +ase on shae
All surfaces handled by the Visual calculation engine are assumed to have four vertices, that is, they are planar quadrilaterals. User specified surfaces with more than four vertices are
analyzed with three discretization algorithms; the best discretization is a balance between subsurface shape and number.
An L-shape room with a partition and two suspended linear direct luminaires
Shape discretization divides the floor and ceiling so that they are comprised of quadrilaterals.                                                                   
Discre3aon +ase on ro.i!it2
The proximity criteria for discretization accounts for the presence of neighboring or intersecting surfaces are like to produce large exitance differences across the intersected surface.
Proximity discretization further discretizes the floor and a wall since they are intersected by the partition.
Discre3aon +ase on ill!inance graient
After geometric and proximity, a third criterion is applied to further discretize subsurfaces: a discretization is made along any large illuminance gradients on a subsurface. An array of low-
precision illuminances is calculated across a surface which consist of direct illuminance and illuminance produced by light reflected (only) once from other surfaces. Occlusion is accounted
for. Neighboring illuminances are compared and if the ratio is greater than 3:1, the subsurface is further discretized there.
Photometric discretization finds large gradients in illuminance and further discretized subsurfaces. In this case, the walls contain gradients caused by both shadowing from the partition and
the distribution of the luminaires.
Discre3aon o i!age4reser-ing or i5sel2 trans!issi-e sraces
These surfaces are a special case. Any user-specified surface with an image-preserving transmittance is not discretized for any reason.
Any user-specified surface with a diffuse transmittance is, like other surfaces, considered as two surfaces, back-to-back. In this case, the original coupling between the two is maintained
throughout the entire computational process. If one surface of the pair is subjected to geometry or photometric discretization, that discretization is performed on its back-to-back partner.
Thus, both surfaces are subject to discretization due to factors that affect either side. The result is a set of back-to-back subsurface pairs.
13.2.& 6cclsion
The three-part discretization process results in a set of subsurfaces used in the subsequent radiative transfer analysis. In most cases, any one subsurface of this system does not have an
unobstructed view of all other subsurface. Subsurfaces may be facing away from each other or the line of sight between partially or fully occluded by other surfaces.
An array of occlusion factors is found that describes view that all subsurfaces have of all other subsurfaces. Ray-casting is used to find these factors. Somewhat like the occlusion process
described above, an array of points is established on a subsurface; the density determined adaptively by the proximity of the other subsurface of the pair being considered. From each of these
points, an angularly uniform spray of rays is established to the other subsurface. The fraction of all these rays that are not either fully occluded (by opaque surfaces) or partially occluded (by image-
preserving transmissive surfaces) establishes the occlusion factor between the pair of subsurfaces.
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